基本信息
- 项目名称：
- 新型高效节能接触器的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品通过开发一款接触器分析设计软件对接触器运动特性进行仿真分析，并设计与之匹配的高效节电模块，将传统接触器进行改造成节能型接触器。经过改造后的接触器具有节能效果显著，运行可靠性高，使用寿命延长等特点。
- 详细介绍：
- 随着我国能源和原材料消耗的持续增加，节能和降低成本已经成为各行各业重点关注的问题。在工业控制领域中，接触器作为用量最大、使用面最广的电器元件，其一年消耗的能量和触头材料相当大。因此，需要采用新技术对接触器进行改良，以达到节省材料、降低运行期间能量损耗的目的。 本作品开发一款接触器分析设计软件对接触器运动特性进行仿真分析，并设计与之匹配的高效节电模块，将传统接触器进行改造成节能型接触器。该节电模块采用分时段改变操作线圈两端电压的方法来实现节能目的，即在接触器启动吸合阶段，给接触器操作线圈两端加上大电压，保证触头吸合；在正常运行阶段，改为线圈两端加小电压来保持吸合。本作品完成了接触器分析软件的开发、接触器节电模块的设计、制作和调试。经过该方法改造后的节能接触器具有节能效果显著、工作可靠性高、使用寿命长等特点。 实验结果表明：本款高效节能接触器可以在143~265V交流电压范围内保证触头的可靠吸合，同时能够减少触头弹跳，触头吸合后在70V以上供电电压范围内能够保持吸合状态。220V交流电压供电时，接触器的吸收功率约为1.5V•A。在额定电压下，本款节能接触器触头的弹跳时间减少70%以上，并且明显减少触头弹跳次数，而在运行过程中，本款节能接触器功耗也比传统交流接触器减少90%以上。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、目的 开发一种新型高效的节能型接触器，以达到降低接触器功耗、提高接触器工作可靠性、延长接触器的使用寿命的目的。 2、基本思路 本团队研制的新型高效节能型接触器，是在掌握接触器工作特性的基础上，使接触器在能够稳定可靠的吸合与开断的前提下提高节能率。通过自主开发的基于多场耦合的接触器分析设计软件，得出接触器在吸合后所需的最低维持电压，然后设计一种优化的节电模块，使接触器闭合后能够在最低电压时可靠吸合，同时提高抗电网波动能力、降低接触器的功率损耗。 3、创新点 1）节电模块采用全电子控制，运行稳定，抗干扰能力强及成本低，电路设计简单，体积小。 2）自主开发了一套接触器分析设计软件，能够将理论研究与工程实际应用紧密结合起来，对接触器运动过程进行仿真，为节能型接触器的设计提供理论指导，达到系统完整的研究的目的。 4、技术关键 （1）节能接触器节电模块采用高效的电压转换电路，在保证接触器正常工作的前提下，选择低功耗器件，降低节电器的功率损耗； （2）节电模块利用电容充放电特性，调节时间常数，控制继电器动作使接触器吸合后线圈电压由交流工频电变为直流低电压。 （3）通过在ANSYS软件中调用自定义的宏文件来实现二次开发。 5、主要指标 节能率：节能率达到90%以上，接近国家一级标准； 接触器触头弹跳时间：相对传统接触器下降70%以上； 工作环境：温度-25℃～+40℃，相对湿度为95%以下。
科学性、先进性
- 本项目设计的节能接触器通过采用优化的节电模块，具有可靠性高、节能率高等优点。使用本款节能型接触器后后，吸合状态下接触器功耗大幅度降低，有效减小线圈温升，可以使接触器线圈的绝缘层不因为高温而老化，从而延长接触器的使用寿命。由于节电模块将交流电整流成直流电为接触器供电，消除了吸合状态下的交流噪音，改善接触器使用场所的环境条件，实现无声运行。 本项目设计的节能型接触器还具有提高接触器抗电网电压波动的能力。普通交流接触器一般只能在线圈额定电压85%～110%的范围内工作，当线圈两端电压高于额定电压的110%时，交流接触器线圈有可能会因为发热而烧毁，而本款节能型接触器承受电压波动的能力增强，可以在143~265V交流电压范围内保证触头的可靠吸合，同时能够减少触头弹跳，触头吸合后在70V以上供电电压范围内能够保持吸合状态。在操作电源电压过高的情况下，交流接触器线圈也不会因为发热而烧毁。 自主开发了一款接触器设计软件，可以仿真接触器的运动特性，对节能设计提供理论依据。
获奖情况及鉴定结果
- 作品于2011年3月25日在教育部科技查新工作站进行科技查新，查新报告显示本作品创新点在相关文献及专利中未见提及。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本产品的技术特点和优势在于： （1）节电模块采用直流电流，大大提高了接触器的合闸速度上限； （2）有效地减小触头弹跳； （3）直流控制接触器线圈功耗很低，不必考虑散热问题，节电模块无大功率电阻，节能降耗效果十分明显； （4）优化的电路设计，工作稳定可靠； （5）采用软硬件结合，减小研发周期、提高节能接触器设计的可靠性。 随着科技进步和工业发展，接触器需求量处于强劲增长时期，而无论是正在运行的接触器还是厂家每年新生产出来的接触器，大部分都不节能；节能减排是“十二五”规划的重要内容，节能产业具良好的发展潜力；工业电价也有不断上调的趋势。综合以上因素，企业为了极大地追求其经济效益和社会效益，都希望其接触器能够节能，而接触器节能产品是一对一配在接触器上的，因此就需要相当数量的接触器节能产品。这必将大大促进接触器节能行业的快速发展和壮大。
同类课题研究水平概述
- 交流接触器的节能方案主要有：①改造电磁系统，采用节电线圈；②改造机械结构，加装锁扣脱扣器；③外加节电装置；④设计永磁式交流接触器。其中，采用机械锁扣模块节电的交流接触器适用于电路长期通电和不频繁操作的场合，不满足普适性，无法大规模推广，且机械结构无法灵活调节，使用不方便。而脉动直流吸持运行方案采用双线圈加整流组件方案，双线圈包括起动线圈和保持线圈。起动线圈的起动电流较大。由于线圈的切换中容易产生过电压和过电流，从而易烧坏线圈，导致了此方法可靠性不高，且无法灵活调节，同样也无法大规模推广。 国内现有节能型接触器的缺点主要表现为以下三个方面： （1）节能效果不明显，一般国内节能接触器节能率只能达到60%左右，同时价格昂贵。 （2）节电模块电路复杂，采用单片机控制或机械结构，易发热并发生故障，可靠性低，容易发生停电事故。 （3）结构复杂，体积大，安装不方便。 （4）国内尚未有节能接触器专业设计软件，因此节能模块参数设计存在盲目性、研发周期长等缺点
